Bioniczna kończyna to więcej, niż kawał metalu. Co w człowieku można wymienić, jeśli się zepsuje?

Miriam Moszczyńska

25 kwietnia 2022

Bioniczna kończyna to więcej, niż kawał metalu

Protezy, z którymi mamy do czynienia aktualnie, zasługują bardziej na miano zmechanizowanych nóg, czy rąk. Oczywiście, nie każdego stać na taki luksus, ale sam fakt tego, że coraz więcej osób zyskuje dostęp do urządzeń, które odbierają sygnały nerwowe napawa optymizmem.

Jednym z takich urządzeń są opracowywane w Massachusetts Institute of Technology bioniczne kończyny. Za opracowaniem samej idei oraz ich stałym udoskonalaniem stoi inżynier Hugh Herr. On sam, jako nastolatek utracił nogi w efekcie urazu, którego doznał podczas wspinaczki.

Tym, co czyni bioniczne kończyny projektowane przez grupę badawczą Herra wyjątkowymi jest Agonist-Antagonist Myoneural Interface, w skrócie AMI. Jest to system, który wzorując się na działaniu układu ruchu oraz połączeń nerwowych człowieka, pozwala naukowcom połączyć bioniczną kończynę z ciałem.

Co to oznacza? Mniej więcej tyle, że osoby, które skorzystają z wynalazku MIT są w stanie w pewnym stopniu kontrolować „nową” kończynę za pomocą myśli. W tym momencie naprawdę polecam zajrzeć do poniższego TedTalka, w którym to Herr opowiada o bionicznej kończynie, którą otrzymał jego przyjaciel. Pozwoli to Wam lepiej zrozumieć jak wiele w kwestii protez zmienia technologia AMI.

Jeśli akurat nie macie jak zapoznać się z materiałem, to nieco wyjaśnić może również fragment wypowiedzi Herra.

[...] potem Jim wstał i to, co się wydarzyło, było naprawdę niezwykłe. Cała naturalna biomechanika, w której pośredniczy centralny układ nerwowy, ukazała się w syntetycznej kończynie jako mimowolne, odruchowe działanie. Ujrzeliśmy wszystkie zawiłości ułożenia stopy podczas wchodzenia po schodach. Jim schodząc po schodach, sięga swoim bionicznym palcem do następnego stopnia schodów, automatycznie wykonując naturalne ruchy nie próbując nawet poruszyć kończyną. Dzieje się tak, ponieważ centralny układ nerwowy Jima odbiera sygnały proprioceptywne [tj. sygnały zmysłu orientacji ułożenia części własnego ciała - dop. red.], wie dokładnie, jak sterować syntetyczną kończyną w naturalny sposób.

Nie tylko MIT poczyniło spore postępy w kwestii uczłowieczenia bioniczncych kończyn. Wartym odnotowania jest również Suralis od austriackiej firmy Saphenus. Ich projekt podobnie do protez opracowywanych przez grupę Herra pozwala użytkownikom odzyskać uczucie utraconej kończyny, jak czytamy na stronie CORDIS:

Zaprojektowana przez firmę proteza, sprzedawana pod nazwą handlową Suralis stanowiącą znak towarowy, składa się ze skarpety z czujnikiem, która wykrywa ruch dzięki zestawowi siłowników wychwytujących wibracje. Informacje z podłoża są następnie przekazywane do nerwów w nodze, a na koniec - do mózgu. W konsekwencji mózg nie musi szukać utraconej kończyny, ciało łatwiej akceptuje protezę, zaś ból fantomowy znika.

Biomimetyczne ręce

Tutaj można powiedzieć, że nauka jest na podobnym poziomie zaawansowania, jak w przypadku protez nóg. Mechanizmy wykorzystywane w bionicznych rękach są bardzo podobne do tych, o których mowa w kwestii naturalnego poruszania nogami.

Firm zajmujących się produkcją biomechanicznych rąk jest naprawdę wiele, a firmy, które wymienię poniżej są po prostu jednymi z bardziej wyróżniających się na rynku.

Psyonic

Zacznijmy od Psyonic, firmy, której proteza pozwala użytkownikom na swój sposób doświadczyć uczucia dotyku. Jak czytamy na oficjalnej stronie producenta biomechanicznej kończyny:

Ability Hand posiada czujniki w opuszkach palców, które wykrywają nacisk podczas chwytania przedmiotu i wysyłają sygnały do ramienia, przekazując to wrażenie. Pozwala to poczuć, co się robi, dzięki czemu możliwa jest praca nawet z bardzo delikatnymi przedmiotami.

Proteza wyróżnia się również całkiem niewielką wagą, która wynosi 490 gramów. Jest to mniej niż nasze „ludzkie” ręce. Ability Hand oferuje aktualnie 32 rodzaje chwytów, jest wodoodporna oraz wytrzymała na uderzenia (wytrzymała też konkurs siłowania się na ręce). Dostępna jest w kilku wersjach kolorystycznych i może łączyć się z telefonem poprzez Bluetooth, co wg producenta ma pozwolić na jej lepsze spersonalizowanie.

Open Bionics

Jeśli o personalizacji mowa, to warto zwrócić uwagę na brytyjski start-up Open Bionics oraz ich produkt The Hero Arm. Wraz z bioniczną ręką użytkownicy mogą zakupić również magnetyczne „pokrowce” protezy, które inspirowane są np. Iron Manem, bajkami Disneya, czy Gwiezdnymi Wojnami.

Ważne jest również to, że Open Bionics dostosowuje protezę do każdego klienta indywidualnie wykorzystując skan ręki. Pozwala to na dokładne dopasowanie i zmaksymalizowanie komfortu podczas użytkowania. The Hero Arm jest również niesamowicie lekkie, a jego waga to zaledwie 340g.

Co ważne, grupa z Open Bioncs udostępniła pliki, które umożliwiają wydrukowanie protezy za pomocą drukarki 3D. Dzięki temu naukowcy z innych krajów mogą wykorzystywać ich projekt i modyfikować go. Tutaj warto wspomnieć o powstałej na podstawie The Hero Arm protezie dla muzyka, który mógł niezależnie ruszać palcami i tym samym grać na pianinie.

Clone Incorporated

Jest to polska, kilkuosobowa grupa, której głównym celem jest stworzenie biomimetycznego robota, którego głównym zadaniem ma być pomoc w codziennym życiu. Aktualnie projekt znajduje się na etapie tworzenia ręki, która zasilana jest elektrycznością.

Ale jak biomimetyczny robot ma się do protez? Otóż jak mówi pomysłodawca projektu - Łukasz Koźlik, Clone współpracuje z Uczelnią Medyczną we Wrocławiu w celu opracowania interfejsu mózg-maszyna. System ten znajduje się jednak na bardzo wczesnym etapie i jego pełnej wersji możemy spodziewać się dopiero za 4 lata.

Niemniej jednak mechaniczna ręka nad którą pracuje Clone Incorporated robi wrażenie ze względu na swoją budowę. W przeciwieństwie do wcześniej wspomnianych projektów, „polska biomimetyczna ręka” budową odzwierciedla swój naturalny pierwowzór. Do jej stworzenia wykorzystane zostały sztuczne mięśnie, kości, ścięgna oraz skóra, a tak prezentuje się biomimetyczna kończyna w akcji.